3. välikoe 10.4.2001 - Tekniikan yksikkö

OULUN SEUDUN AMMATTIKORKEAKOULU 10.4.2001
Tekniikan yksikkö
Fysiikka 3
3. välikoe (Atomi- ja ydinfysiikka)
Luokka TRT90
SALLITUT VÄLINEET: KYNÄ, KUMI, VIIVAIN, LASKIN, KAAVASTO JA OMAT AIVOT!
ARVOSTELU: 5 p/tehtävä
PALAUTA MYÖS TEHTÄVÄPAPERI, KAAVAKOKOELMAT JA ISOTOOPPITAULUKKO!
1
Määrittele lyhyesti seuraavat käsitteet:
a) Absorboitunut annos: D=∆E/∆m , aineeseen absorboitunut energia massayksikössä, yksikkö
gray
b) Ekvivalenttiannos: Säteilylajin suhteellisella biologisella tehokkuudella painotettu annos,
yksikkö sievert
c) Jarrutussäteily: Varattu hiukkanen kokee ytimen vetovoimakentän jolloin sen rata kaartuu.
Samalla emittoituu lyhytaaltoista säteilyä.
d) Ominaissäteily: Tietylle atomille ominaista säteilyä, jota syntyy kun sisäkuoren aukko täyttyy
ulomman kuoren elektronilla.
e) Orbitaali: Pää- ja sivukvanttiluvun määräämä atomin energiatila.
2. Valosähköisessä ilmiössä elektronin irrotustyö natriumissa on 2,28 eV.
a) Mikä aallonpituus on valolla, joka juuri ja juuri pystyy irrottamaan natriumista elektronin
1eV
W
0
= 1,602 ⋅10
hc
= ⇒ λ =
λ
−19
J
hc
W
0
− 34
6.63⋅10
Js ⋅3⋅10
=
−
2,28⋅1,602⋅10
8
19
m/
s
J
= 545nm
b) Mikä on irtoavien elektronien nopeus, kun natriumiin kohdistetaan valoa, jonka aallonpituus
on 380 nm
−34
8
hc 6.63 ⋅10
Js ⋅ 3 ⋅10
m / s
−19
−19
Ek
= −W0
=
− 2,28 ⋅1,602
⋅10
J = 1,582 ⋅10
J
λ
−9
380 ⋅10
m
1 2
Ek
= mv ⇒ v =
2
2Ek
m
=
−19
2 ⋅1,602
⋅10
J
−31
9,11⋅10
kg
6
= 0,59 ⋅10
m / s
3.
226 Ra-isotoopin puoliintumisaika on 1600 vuotta.
a) Mikä on hajoamisvakio

) Kuinka monta ydintä hajoaa 1s aikana 1,0 gramman radiumnäytteessä
c) Missä ajassa 90% radiumytimistä on hajonnut
d) Mikä on tämän radiumnäytteen aktiivisuus alussa ja kyseisen ajan kuluttua
ln 2 0,693
− 4
−11
a ) λ = = = 4,33⋅10
1/ a = 1,37 ⋅10
1/
s
T1/
2 1600a
b) Radiumin moolimassa M=226g/mol. Näytteen massa m=1g. Siten näyte sisältää radiumatomeja
N=(m/M)*N A kappaletta. Hajoavien ydinten lukumäärä:
m
−11
1g
23
10
∆N
= −λN∆t
= −λ
N A∆t
= −1,373⋅10
1/ s ⋅ 6,02⋅10
1/ mol ⋅1,0s
= −3,66
⋅10
M
226g
/ mol
c)
−λt
N = N0e
N / N0
= 0,1
−λt
2,303
⇒ 0,1 = e ⇒ −2,303
= −λt
⇒ t =
= 5318 ≈ 5300a
−4
4,33 ⋅10
a
∆N
−11
1g
23
9
d) A = = λN
= λ ⋅0,1⋅
N0 = 1,373⋅10
1/ s ⋅01,
⋅ 6,02⋅10
1/ mol = 3,66⋅10
Bq
∆t
226g
/ mol
4. Ydin 144 Nd hajoaa lähettäen α-hiukkasen. Kirjoita reaktioyhtälö ja laske α-hiukkasen kineettinen
energia, kun hajoaminen johtaa suoraan tytärytimen perustilaan.
Reaktioyhtälö
144
4
60 Nd →2
He+
140
58
Ce
Isotooppitaulukosta: M Nd = 143,910083u
M He = 4,0026033u
M Ce = 139,905433u
Massavaje B= M Nd - M He - M Ce = 2,047x10 -3 u
Reaktioenergia Q=B . 931,5Mev/u =1,907 MeV
α-hiukkasen kineettinen energia:
A − 4 144 − 4
E k α = Q = 1,907MeV
= 1, 85MeV
A 144